Open robotplatform B&R geeft spuitgieter snelheidsinjectie
Om het productietempo van een spuitgietmachine op te schroeven, ontwikkelde machinefabrikant Hagenstadt een flexibele robotoplossing. Met het geïntegreerde Openrobotics-besturingsplatform van B&R werd de hoge snelheidseis gehaald.
Hordijk Verpakkingen ontwerpt en produceert kunststof verpakkingen, vooral voor voedingsmiddelen en persoonlijke verzorging. Het hoofdkantoor staat in Delft, waar het ook piepschuimverpakkingen produceert. De grootste fabriek in Zaandam maakt thermovormverpakkingen. De vestiging in Zevenhuizen heeft zich toegelegd op het ontwerp en de productie van dunwandige spuitgietverpakkingen, tot 0,3 millimeter dik. Deze kunnen naar wens worden gecombineerd met een meegespoten kunststof label (in-mould labelling, IML) of naderhand worden bedrukt.
Hordijk levert maatwerk. Zo kunnen klanten zich onderscheiden ten opzichte van de concurrentie met verpakkingen die precies aan hun eisen voldoen. In de Zuid-Hollandse fabriek stampt het bedrijf daarom allerhande bakjes en deksels uit geavanceerde en vooral flexibele productiemachines. Naast flexibiliteit is ook snelheid een groot goed voor Hordijk. De verpakkingen mogen vrijwel niets kosten, dus hoe meer het familiebedrijf er per uur spuitgiet, hoe beter.
Korte cyclustijd
Bedrijfsbreed produceert Hordijk bijna twee miljard voedselverpakkingen per jaar. Omdat snelheid cruciaal is, moet het familiebedrijf zijn dure spuitgietcapaciteit optimaal benutten. Dat betekent dat het de logistieke processen rond de machines perfect moet regelen. Hordijk ging op zoek naar een partner die een flexibel systeem kon bouwen voor het inleggen van IML-labels, en het uitnemen en stapelen van de afgewerkte producten. In Hagenstadt uit Moerkapelle vond het een specialist in productieautomatisering die goed bekend is met de kunststofindustrie.
Geo Hagen en Paul van de Stadt, de twee eigenaren van Hagenstadt, ontwikkelden een oplossing die automatisch labels van een stapel pakt, in de matrijs van de spuitgietmachine legt en de gespoten producten weghaalt en opstapelt. ‘We halen nu een cyclustijd van vier seconden’, vertelt Hagen, die de mechanica voor zijn rekening nam. ‘Dat is veel sneller dan vergelijkbare systemen. Beter kan bijna niet in de gekozen configuratie, en het is ook ruim voldoende voor Hordijk.’ Hoeveel deksels de spuitmachine aflevert, hangt af van de grootte. ‘Meestal is er in de matrijs plaats voor vier producten, maar bij grotere deksels is er soms slechts ruimte voor een of twee.’
De automatisering bestaat uit twee zesassige robotarmen van het Italiaanse Comau. De ene zorgt voor de labels, de andere stapelt de afgewerkte deksels netjes op. ‘Het zijn twee identieke robots’, aldus Hagen. ‘Zo kunnen we de machine heel eenvoudig spiegelen. De labelrobot wordt dan de stapelrobot, en vice versa. Dat is ongekend in de industrie.’
Tussen de robotarmen rijdt een karretje heen en weer dat het transport van en naar de spuitgietmachine verzorgt. ‘Die as wordt aangedreven door lineaire motoren’, legt Hagen uit. ‘Zo kunnen we flink versnellen en vertragen en een hoge snelheid halen.’
Voor de omzetting naar een nieuw product hoef je alleen wat grippers te vervangen en een ander recept te kiezen. Elektronicus en software-engineer Van de Stadt: ‘Hordijk produceert op deze machine op dit moment vier dekselvarianten. De bijbehorende spuitgietmatrijzen zijn voorzien van een gecodeerde stekker zodat onze besturing direct weet wat ze moet doen en welk recept daarbij past. De robots kunnen zichzelf vervolgens instellen. De switch naar een ander product kost daarom hooguit een half uur, waar dat in oudere systemen meer dan een dag in beslag nam.’ Hordijk schakelt meestal slechts eens in de paar weken over naar een nieuw product, maar in een industrie met lage marges is elke seconde winst.
Geen vertraging
Voor de besturing heeft Hagenstadt gekozen voor B&R Industriële Automatisering. ‘In samenwerking met B&R hebben we een geïntegreerde besturing gebouwd’, verklaart Van de Stadt. ‘We hebben maar één besturingskast en regelen alles vanaf dat punt.’ Dat klinkt logisch, maar dat is het zeker niet. ‘Vrijwel alle robotleveranciers stellen het verplicht dat je hun controller gebruikt. Comau is de enige die dat volledig heeft vrijgegeven waardoor je geen extra robotcontroller nodig hebt en je dus verlost bent van de onvermijdelijke vertraging tussen de controller en de plc. In tijdkritieke processen zoals hier bij Hordijk zou het anders heel lastig zijn geworden om de gewenste snelheid te halen.’
Comau kan zijn robotarmen standaard voorzien van B&R-plc’s. ‘Daar zit dan wel een Comau-sausje overheen’, vertelt B&R-salesengineer Ruud Martens. ‘In overleg met het Italiaanse bedrijf zijn we ooit Openrobotics begonnen waardoor we direct de controle van de arm kunnen doen vanaf een plc. De mechanische karakteristieken kun je vrijwel meteen toepassen in dat platform. Bij andere merken loopt die communicatie meestal via een veldbusverbinding naar de robotcontroller, maar zit je altijd vast aan de limieten die de fabrikant heeft ingesteld.’
‘Als we dit met een andere robotleverancier hadden gedaan, hadden we de controllers van de twee robots moeten laten communiceren met onze besturingskast, en met de servocontroller van de derde as’, gaat Van de Stadt verder. ‘Elke controller geeft dan zijn eigen vertragingen en foutmeldingen die je moet zien op te lossen door wellicht in een andere controller wat aan te passen. Nu de besturing van beide robots vanuit één plc gebeurt, zijn de cyclustijden in de communicatie gezakt van milli- naar microseconden.’
Dat ging niet zonder slag of stoot. Hagen: ‘In het begin liepen we ertegenaan dat de maximale snelheid van de arm wat te laag lag. Er zat een limiet op die was gebaseerd op de maximale belasting van de gripper. Omdat de producten bij Hordijk veel lichter zijn, hebben we dat in overleg met B&R kunnen aanpassen waardoor we nu een factor vier sneller kunnen bewegen.’
Structured Text
Het besturingsprogramma heeft Hagenstadt geschreven. ‘Dat gaat op basis van het kinematische model van de robot’, legt Van de Stadt uit. ‘Daarna is het zaak om de juiste coördinaten in te voeren en die te koppelen aan de acties die moeten worden uitgevoerd. Ik doe dat in Structured Text.’
Martens vult aan: ‘Onze plc’s hebben een brede interpreter die de commando’s omzet in de juiste instructies voor de servo’s. Je kunt het dus in Structured Text doen, of middels automatische padgeneratie.’
Hagen en Van de Stadt zijn enthousiast over het B&R-platform en de samenwerking. ‘De technologie was nieuw voor ons. Dan is het natuurlijk even een uitdaging om alles goed geconfigureerd te krijgen’, aldus Hagen. Van de Stadt: ‘We hebben een aantal opdrachten openstaan, waarin we ook met Openrobotics willen werken.’
